ケイ素－ケイ素結合の特性を利用した外部応答性ソフトクリスタルの開発

2017 年度 実績報告書

• 研究領域: ソフトクリスタル：高秩序で柔軟な応答系の学理と光機能
• 研究課題/領域番号: 17H06369
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 山野井 慶徳 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (20342636)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• キーワード: ケイ素 / ジシラン / SHG / 発光 / 外部刺激

研究実績の概要

本研究では、弱い外部刺激により結晶構造と光物性が変化するケイ素－ケイ素結合を有するソフトクリスタルの開発を行う。ここでは、様々な有機ジシラン、オリゴシラン類の結晶構造と蛍光(FL)、第二次高調波発生(SHG)、円偏光発光特性(CPL)など光物性を調査すると共に、弱い外部刺激によるこれらの光物性変化を調査した。
1. 直鎖型ジシラン化合物
我々が開発した有機ケイ素化合物の新規合成法を活用し、多くのジシラン化合物を合成しその光物性の調査を行った。その中で(o-CNC6H4)基と(p-Me2NC6H4)基をジシラン結合で連結した化合物をペンタンから結晶化させるとSHGを示さなくなり、メタノールから結晶化させると尿素の3倍程度のSHGを示した。単結晶X線構造解析の結果もこの物性変化を支持している。現在、圧力など様々な外部刺激により物性の連動変化が起こるかどうか調査中である。
2. オクタメチルテトラシラ[2.2]シクロファン
シクロファン分子はその形状から面不斉分子として注目されており、骨格上に発光素子を導入することで円偏光発光材料への応用が期待されている。[2.2]パラシクロファンの架橋部位をジシランユニットに置き換えたテトラシラシクロファンを合成し、その構造や光物性について調査した。VT-NMR解析により室温下でこれらの分子は反転運動を起こしているが、この反転は温度やホスト分子によって制御できることも判明した。また、D-A型テトラシラシクロファンは強い固体蛍光を示し、ITO基板上に真空蒸着することで有機EL発光材料として利用できた。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

現在、研究はおおむね順調に進んでおり、外部刺激応答性SHGや発光に関する研究成果も着実に出ている。研究成果は共同研究者と再現実験などを確認した上で、順次論文を投稿している。

今後の研究の推進方策

研究は計画通り進捗し、この状態で引き続き研究を進める。

研究成果

• [雑誌論文] Aggregation-Induced Emission Enhancement from Disilane-Bridged Donor-Acceptor-Donor Luminogens Based on the Triarylamine Functionality (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Usuki, M. Shimada, Y. Yamanoi, T. Ohto, H. Tada, H. Kasai, E. Nishibori, H. Nishihara
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Inter. 巻: 10 ページ: 12164-12172
  • DOI: 10.1021/acsami.7b14802
  • 査読あり
• [雑誌論文] Attachment chemistry of aromatic compounds on a Silicon(100) surface (2018)
  • 著者名/発表者名: Henriksson, A.; Nishiori, D.; Maeda, H.; Miyachi, M.; Yamanoi, Y.; Nishihara, H.
  • 雑誌名: Surf. Sci. 巻: 669 ページ: 140-144
  • DOI: 10.1016/j.susc.2017.11.017
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 固体状態で強く発光する有機ケイ素化合物 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山野井 慶徳
  • 雑誌名: ケイ素化学協会誌 巻: 35 ページ: 11-17
  • 査読あり
• [雑誌論文] 分子アーキテクトニクスの化学：電子部品と分子構造 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山野井 慶徳，西原 寛
  • 雑誌名: 「CSJカレントレビュー 分子アーキテクトニクス」 巻: 2018 ページ: 22-29
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multifunctional Octamethyltetrasila[2.2]cyclophanes: Conformational Variations, Circularly Polarized Luminescence, and Organic Electroluminescence (2017)
  • 著者名/発表者名: M. Shimada, Y. Yamanoi, T. Ohto, S.-T. Pham, R. Yamada, H. Tada, K. Omoto, S. Tashiro, M. Shionoya, M. Hattori, K. Jimura, S. Hayashi, H. Koike, M. Iwamura, K. Nozaki, and H. Nishihara
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 139 ページ: 11214-11221
  • DOI: 10.1021/jacs.7b05671
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modification of Electrode Interfaces with Nanosized Materials for Electronic Applications” (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamanoi, Y.; Miyachi, M.; Nishihara, H.
  • 雑誌名: Molecular Architectonics: The Third Stage of Single Molecule Electronics, 巻: 2017 ページ: 399-416
• [雑誌論文] 光応答素子のための光化学系Iとカーボンナノチューブの複合体形成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 二井 大輔，宮地 麻里子，嶋田 友一郎，野沢 陽佑，伊藤 雅浩，本間 芳和，池平 秀，山野井 慶徳，西原 寛，鞆 達也
  • 雑誌名: 光合成研究 News letter 巻: 27 ページ: 22-31
  • 査読あり
• [学会発表] ケイ素－ケイ素結合の特性を活用した外部刺激応答性分子の開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山野井 慶徳
  • 学会等名: 新学術領域「ソフトクリスタル」 領域会議
• [学会発表] Synthesis and physical properties of tetrasila[2.2]thiophenophane derivatives for the luminescent and chiroptical materials (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaki Shimada，Yoshinori Yamanoi，Kenichiro Omoto，Shohei Tashiro，Mitsuhiko Shionoya，Tatsuhiko Ohto，Song-Toan Pham，Ryo Yamada，Hirokazu Tada，Mineyuki Hattori，Keiko Jimura，Shigenobu Hayashi，Hikaru Koike，Munetaka Iwamura，Koichi Nozaki， Hiroshi Nishihara
  • 学会等名: 254th ACS National Meeting & Exposition
  • 国際学会
• [学会発表] 固体発光・円偏光発光を示すオクタメチルテトラシラ[2.2]シクロファンの創製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 島田真樹，山野井慶徳，小池ひかる，岩村宗高，野崎浩一，西原寛
  • 学会等名: 第21回ケイ素化学シンポジウム
• [学会発表] The development of tetrasila[2.2]cyclophane derivatives for solid-state emission，electroluminescence，and circularly polarized luminescence (2017)
  • 著者名/発表者名: 島田真樹，山野井慶徳，大戸達彦，山田亮，Pham Song-Toan，夛田博一，小池ひかる，岩村宗高，野崎浩一，西原寛
  • 学会等名: 2017年光化学討論会
• [備考] 東京大学大学院理学系研究科化学専攻無機化学研究室
  • URL: https://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/users/inorg/link.html